本文關(guān)鍵詞：大別山甘家?guī)X超高壓不純凈大理巖：變質(zhì)演化與大陸俯沖帶的碳循環(huán)

  更多相關(guān)文章： 大別山 超高壓 大理巖 粒間柯石英 碳循環(huán) 部分熔融

【摘要】：自從柯石英和金剛石在深俯沖的陸殼變質(zhì)巖中被發(fā)現(xiàn)以來(lái),超高壓變質(zhì)作用和大陸深俯沖就一直是固體地球科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一。大理巖是超高壓變質(zhì)帶內(nèi)一種常見(jiàn)的巖石類型。相對(duì)于超高壓榴輝巖和變泥質(zhì)巖而言,現(xiàn)今關(guān)于超高壓大理巖的研究程度還比較低。已有研究成果顯示,超高壓大理巖對(duì)于認(rèn)識(shí)超高壓地體的變質(zhì)演化歷史以及變質(zhì)金剛石的形成條件等科學(xué)問(wèn)題均具有非常重要的啟示意義。除此以外,同超高壓大理巖緊密相關(guān)的熔流體活動(dòng)在殼幔物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中還扮演著重要角色。由此出發(fā),本研究針對(duì)大別山甘家?guī)X超高壓不純凈大理巖等變質(zhì)沉積巖進(jìn)行了詳細(xì)的野外觀查、室內(nèi)巖石學(xué)、礦物學(xué)以及鋯石年代學(xué)研究等并獲得了如下幾點(diǎn)研究成果：(1)甘家?guī)X地區(qū)廣泛出露有超高壓不純凈大理巖等多種巖石類型。不純凈大理巖分單斜輝石大理巖和角閃石大理巖兩種,其中產(chǎn)有許多榴輝巖透鏡體,后者有時(shí)還以不連續(xù)的布丁狀等形式產(chǎn)出。根據(jù)云母類型和產(chǎn)出情況可將大理巖中的榴輝巖分為三種類型：多硅白云母榴輝巖、鈉云母榴輝巖和不含云母的榴輝巖。含云母的榴輝巖普遍含有柯石英包裹體,而不含云母的榴輝巖則相反。除榴輝巖以外,不純凈大理巖中還產(chǎn)有部分鈦斜硅鎂透輝石榴子石巖、白云石英石榴子石巖、鈣質(zhì)片麻巖以及多種類型的高壓巖脈等。白云石英石榴子石巖比較特殊,其不僅石榴子石中保存有大量完好的柯石英包裹體,而且白云石中亦是如此。更加重要的是,本研究還在該類巖石中發(fā)現(xiàn)了若干粒粒間柯石英。這些發(fā)現(xiàn)意味著剛性礦物并不是柯石英保存的必要條件,局部較干的流體環(huán)境才起著關(guān)鍵作用。(2)甘家?guī)X含石榴子石綠輝石大理巖的峰期組成礦物包括白云石、文石、石榴子石、綠輝石、多硅白云母、柯石英、金紅石和褐簾石,其中白云石和褐簾石中分別殘留有柯石英和文石包裹體,副礦物菱鎂礦主要以包裹體的形式產(chǎn)在白云石中。結(jié)合石榴子石-單斜輝石-多硅白云母礦物組合和傳統(tǒng)的地質(zhì)溫壓計(jì)進(jìn)行計(jì)算,本研究獲得的峰期變質(zhì)壓力和溫度分別為4.05-4.45 GPa和740-820℃。同碳酸鹽相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征以及獨(dú)立的峰期溫壓計(jì)算結(jié)果均不支持白云石分解的可能性。通過(guò)對(duì)CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2體系的相關(guān)系進(jìn)行分析可知,全巖成分對(duì)峰期碳酸鹽組合具有非常重要的影響�；谝阎膸r相學(xué)數(shù)據(jù)和P-T演化軌跡,本研究利用HERMOCALC模擬計(jì)算了大理巖在不同變質(zhì)階段的流體成分：峰期流體富水而貧二氧化碳,X(C02)為0.01-0.02；近等溫折返期間平衡流體中的CO2濃度逐漸升高,后期退變質(zhì)冷卻期間再次降低。峰期的流體成分特征意味著寄主巖石在超高壓條件下經(jīng)歷的變質(zhì)脫碳作用非常微弱。雖然折返期間C02濃度會(huì)升高,但該階段的流體成分主要受控于巖石體系自身的內(nèi)部緩沖效應(yīng),整體的脫碳程度仍然很低。后期的退變質(zhì)反應(yīng)研究表明,單斜輝石大理巖向角閃石大理巖轉(zhuǎn)變期間會(huì)將流體中的CO2以碳酸鹽的形式固定下來(lái)�？紤]到眾多高壓-超高壓變質(zhì)帶中均廣泛出露有單斜輝石大理巖,該退變質(zhì)過(guò)程會(huì)對(duì)全球碳循環(huán)產(chǎn)生重要影響。(3)甘家?guī)X不純凈大理巖中的鈣質(zhì)片麻巖夾層在折返期間經(jīng)歷了低程度部分熔融,殘留的峰期礦物主要包括石榴子石、多硅白云母、柯石英和金紅石。利用石榴子石-多硅白云母陽(yáng)離子交換溫度計(jì)進(jìn)行計(jì)算,本研究獲得的鈣質(zhì)片麻巖的峰期變質(zhì)溫度在4.0-4.8 GPa壓力下為692-757℃C,同不純凈大理巖記錄的峰期變質(zhì)溫度相一致。該類巖石經(jīng)歷部分熔融的證據(jù)主要包括多硅白云母的部分熔融結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)石薄膜及細(xì)脈、自形的鉀長(zhǎng)石、石榴子石邊部的黑云母+斜長(zhǎng)石后成合晶、綠簾石變嵌晶及其中發(fā)育負(fù)晶形的多相固體包裹體等。考慮到大別超高壓地體近等溫減壓P-T軌跡難以誘發(fā)多硅白云母發(fā)生脫水熔融,本研究認(rèn)為自由水可能參與了鈣質(zhì)片麻巖的熔融過(guò)程,熔融反應(yīng)為Phn+Q+H2O±Na-Cpx=Bt+P1+Melt±Grt,發(fā)生的溫壓條件為1.0-2.0 GPa和650-800℃。部分熔融不僅促進(jìn)了柯石英退變,而且在某種程度上改造了難熔峰期礦物的化學(xué)成分。石榴子石經(jīng)熔體交代形成一些新生域,新生域的鐵鋁榴石、錳鋁榴石、MREE、HREE和Y含量升高而鈣鋁榴石、鎂鋁榴石、P、Sc、Ti、V和Zr含量降低。金紅石中的Zr含量很低,記錄的變質(zhì)溫度在5 GPa壓力下僅為620-643。C,明顯低于峰期變質(zhì)溫度,這暗示金紅石中的Zr在后期熔體的促進(jìn)作用經(jīng)歷了再平衡。(4)甘家?guī)X透閃石大理巖和多硅白云母榴輝巖中的鋯石都經(jīng)歷過(guò)多期變質(zhì)生長(zhǎng)。透閃石大理巖中的鋯石至少經(jīng)歷過(guò)三期變質(zhì)生長(zhǎng),其分別以區(qū)域-1、區(qū)域-2和區(qū)域-3為代表。區(qū)域-1和區(qū)域-2共同記錄了鋯石的進(jìn)變質(zhì)生長(zhǎng)過(guò)程,206Pb/238U年齡分別為241±3和229±2 Ma,結(jié)晶溫度分別為515-721和606-781℃C。區(qū)域-2中含有白云石、文石、方解石、石榴子石、透輝石、多硅白云母、石英、金紅石和磷灰石等礦物包裹體,表明其形成于榴輝巖相變質(zhì)階段。雖然區(qū)域-1中鮮見(jiàn)礦物包裹體,但其類似于區(qū)域-2的稀土元素組成暗示其同樣形成于榴輝巖相變質(zhì)階段。區(qū)域-3中產(chǎn)有方解石和斜長(zhǎng)石等礦物包裹體,推測(cè)其形成于退變質(zhì)角閃巖相階段。榴輝巖中的鋯石主要分為三類區(qū)域：區(qū)域-1、區(qū)域-2和區(qū)域-3。三類區(qū)域不僅含有相同的柯石英榴輝巖相包裹體組合,而且具有一致的平坦型中重稀土元素配分模式并無(wú)明顯Eu負(fù)異常,說(shuō)明三者均形成于柯石英榴輝巖相變質(zhì)階段。區(qū)域-2和區(qū)域-3Th/U比值很低,表明兩者屬于變質(zhì)新生鋯石。區(qū)域-2和區(qū)域-3同樣記錄了榴輝巖鋯石的進(jìn)變質(zhì)生長(zhǎng)過(guò)程,206Pb/238U年齡分別為237±3和224±3 Ma,結(jié)晶溫度分別為612-686和681-789℃。區(qū)域-1Th/U比值偏高,暗示其有可能代表高度重結(jié)晶的碎屑核。雖然如此,但是區(qū)域-1記錄的206Pb/238U年齡和結(jié)晶溫度卻同區(qū)域-2近似,分別為237±5 Ma和634-721℃。相較于榴輝巖而言,大理巖中的進(jìn)變質(zhì)新生鋯石LuN/DyN比值偏高并且范圍較廣,這可能同其在榴輝巖相條件下含有較少的石榴子石以及石榴子石分布不均勻有關(guān)。這一對(duì)比研究強(qiáng)調(diào)了石榴子石在分異中重稀土元素組成方面所起的重要作用。
【關(guān)鍵詞】：大別山 超高壓 大理巖 粒間柯石英 碳循環(huán) 部分熔融
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P588.3
【目錄】：

• 作者簡(jiǎn)介6-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 英文縮寫(xiě)13-16
• 第一章 緒論16-34
• §1.1 超高壓變質(zhì)作用16-20
• 1.1.1 概念提出與定義16
• 1.1.2 超高壓標(biāo)型礦物16-17
• 1.1.3 出溶結(jié)構(gòu)17-19
• 1.1.4 峰期溫壓計(jì)算19-20
• §1.2 超高壓大理巖研究背景20-25
• 1.2.1 CaCO_3-MgCO_3體系的相關(guān)系21-23
• 1.2.2 CMSCH體系的相關(guān)系23-24
• 1.2.3 超高壓大理巖中的流體演化24-25
• §1.3 超高壓變質(zhì)巖部分熔融研究背景25-31
• 1.3.1 超高壓變質(zhì)巖中的流體26-27
• 1.3.2 超高壓變質(zhì)巖部分熔融的理論依據(jù)27-29
• 1.3.3 超高壓變質(zhì)巖部分熔融的證據(jù)和相關(guān)實(shí)例29-31
• §1.4 選題依據(jù)、研究目標(biāo)及意義31-32
• §1.5 研究?jī)?nèi)容和工作量32-34
• 第二章 大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶34-40
• §2.1 區(qū)域地質(zhì)格局34-35
• §2.2 超高壓巖石學(xué)和礦物學(xué)35-37
• §2.3 超高壓變質(zhì)演化和P-T軌跡37-38
• §2.4 地質(zhì)年代學(xué)38
• §2.5 原巖屬性及負(fù)的δ~(18)O38-39
• §2.6 大別超高壓地體中的變質(zhì)表殼沉積單元39-40
• 第三章 大別山甘家?guī)X超高壓變質(zhì)巖40-49
• §3.1 野外地質(zhì)40-42
• §3.2 巖石學(xué)特征42-48
• 3.2.1 綠簾黑云母片麻巖42
• 3.2.2 不純凈大理巖42-44
• 3.2.3 榴輝巖44-46
• 3.2.4 石榴子石巖46
• 3.2.5 高壓巖脈46-48
• 3.2.6 特殊巖性48
• §3.3 甘家?guī)X超高壓變質(zhì)巖中的柯石英48-49
• 第四章 大別山甘家?guī)X超高壓不純凈大理巖：變質(zhì)演化與大陸俯沖帶的碳循環(huán)49-67
• §4.1 引言49-50
• §4.2 分析方法50
• §4.3 樣品描述50-54
• §4.4 礦物化學(xué)54-57
• §4.5 變質(zhì)演化57
• §4.6 P-T軌跡57-59
• §4.7 流體演化59-61
• §4.8 討論61-67
• 4.8.1 白云石中柯石英的保存61-62
• 4.8.2 大別-蘇魯超高壓大理巖的峰期碳酸鹽組合62-63
• 4.8.3 超高壓不純凈大理巖和大陸俯沖帶的碳循環(huán)63-67
• 第五章 大別山甘家?guī)X超高壓鈣質(zhì)片麻巖的部分熔融67-82
• §5.1 引言67-68
• §5.2 分析方法68
• §5.3 樣品描述68-73
• §5.4 礦物化學(xué)73-75
• §5.5 P-T軌跡75-76
• §5.6 討論76-82
• 5.6.1 部分熔融的證據(jù)76
• 5.6.2 多硅白云母部分熔融和亞固相退變76-77
• 5.6.3 部分熔融機(jī)制77-78
• 5.6.4 難熔峰期礦物對(duì)熔融事件的響應(yīng)78-79
• 5.6.5 愈合裂隙和石榴子石中的多相固體包裹體79-82
• 第六章 大別山甘家?guī)X超高壓不純凈大理巖鋯石和榴輝巖鋯石的對(duì)比研究82-90
• §6.1 引言82
• §6.2 分析方法82-83
• §6.3 分析結(jié)果83-88
• 6.3.1 鋯石的結(jié)構(gòu)特征83-86
• 6.3.2 鋯石微量元素組成和U-Pb年齡86-88
• §6.4 討論88-90
• 6.4.1 碎屑鋯石的變質(zhì)重結(jié)晶88
• 6.4.2 變質(zhì)鋯石的多期生長(zhǎng)88-90
• 第七章 主要結(jié)論及進(jìn)一步研究方向90-93
• §7.1 主要結(jié)論90-91
• §7.2 進(jìn)一步研究方向91-93
• 致謝93-94
• 參考文獻(xiàn)94-116

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1008082